Cải thiện hiệu quả năng lượng của xử lý áp suất cao
Xử lý áp suất cao (HPP) là một phương pháp bảo quản thực phẩm không nhiệt đảm bảo an toàn cho vi sinh vật và kéo dài thời hạn sử dụng trong khi vẫn duy trì chất lượng thực phẩm, mặc dù sự kém hiệu quả về năng lượng do không khí và khí bị mắc kẹt gây ra những thách thức trong hoạt động để thực hiện bền vững. Khử khí siêu âm thực phẩm lỏng và lỏng truyền áp lực làm giảm khả năng nén, giảm thiểu tổn thất năng lượng và cải thiện hiệu quả tổng thể của quy trình HPP.
Xử lý áp suất cao (HPP): Những thách thức về hiệu quả năng lượng
Xử lý áp suất cao (HPP) là một trong những kỹ thuật bảo quản thực phẩm không nhiệt hàng đầu, cung cấp sự kết hợp giữa bất hoạt vi sinh vật và duy trì chất lượng cho các sản phẩm thực phẩm lỏng và rắn. Công nghệ HPP đạt được an toàn thực phẩm và kéo dài thời hạn sử dụng mà không ảnh hưởng đến các đặc tính cảm quan hoặc dinh dưỡng của thực phẩm, phù hợp với sở thích ngày càng tăng của người tiêu dùng đối với các sản phẩm chế biến tối thiểu. Tuy nhiên, nhu cầu năng lượng của HPP đặt ra những thách thức hoạt động đáng kể, đặc biệt là do sự kém hiệu quả do không khí và khí bị mắc kẹt trong quy trình. Giải quyết những thách thức này là chìa khóa để khai thác toàn bộ tiềm năng sản xuất lương thực bền vững.
Tổng quan: HPP và những thách thức về năng lượng
| Định nghĩa HPP | Thách thức | Giải pháp |
|---|---|---|
| Phương pháp bảo quản thực phẩm không nhiệt đảm bảo an toàn cho vi sinh vật và kéo dài thời hạn sử dụng trong khi vẫn duy trì chất lượng thực phẩm. | Năng lượng kém hiệu quả do không khí và khí bị mắc kẹt, làm tăng chi phí vận hành. | Khử khí siêu âm làm giảm khả năng nén, giảm thiểu tổn thất năng lượng và cải thiện hiệu quả HPP. |
Giải pháp: Khử khí siêu âm chất lỏng HPP
Khử khí siêu âm cung cấp một giải pháp hiệu quả để nâng cao hiệu quả năng lượng của Xử lý áp suất cao (HPP) bằng cách loại bỏ không khí và khí bị mắc kẹt khỏi cả các sản phẩm thực phẩm lỏng và lỏng truyền áp suất. Bằng cách áp dụng siêu âm, xâm thực siêu âm thúc đẩy quá trình kết hợp nhanh chóng và giải phóng bọt khí, giảm khả năng nén và giảm thiểu tổn thất năng lượng trong quá trình nén. Việc tối ưu hóa này không chỉ giảm chi phí vận hành mà còn tăng cường độ ổn định của quy trình, giúp HPP bền vững và hiệu quả hơn trong việc bảo quản thực phẩm.
Siêu âm khử khí nước
HPP hoạt động như thế nào
Xử lý áp suất cao (HPP) hoạt động bằng cách đặt các sản phẩm thực phẩm, thường là trong bao bì linh hoạt và không thấm nước, chịu áp suất cực cao lên đến 6.000 bar (600 MPa). Quá trình này xảy ra trong một bình áp suất cao chứa đầy nước và một trình tự đơn giản:
- Tải: Sản phẩm đóng gói được đặt vào giỏ nhựa và vận chuyển vào bình cao áp.
- Điều áp: Nước được đổ đầy vào bình, hoạt động như môi trường truyền áp suất. Sau đó, hệ thống được điều áp đến mức mong muốn, thường được duy trì trong vài phút.
- Hiệu ứng đẳng tĩnh: Áp suất được áp dụng đồng đều và tức thời trên sản phẩm, bất kể kích thước, hình dạng hoặc thành phần của nó. Áp suất đẳng áp này vô hiệu hóa các vi sinh vật trong thực phẩm và các enzym hư hỏng mà không làm nghiền nát hoặc biến dạng sản phẩm.
- Giảm áp suất và dỡ hàng: Bình được giảm áp, xả nước và các sản phẩm đã qua xử lý được vận chuyển ra ngoài, sẵn sàng để tiêu thụ hoặc chế biến thêm.
Xử lý áp suất cao (HPP)
© Balakrishna và cộng sự, 2020
Phương pháp HPP đảm bảo an toàn thực phẩm trong khi vẫn giữ được hương vị, kết cấu và hàm lượng chất dinh dưỡng. Tuy nhiên, quá trình này đòi hỏi đầu vào năng lượng đáng kể, một yếu tố bị ảnh hưởng bởi một số hoạt động kém hiệu quả.
Thách thức của mức tiêu thụ năng lượng cao trong HPP
Một trong những nhược điểm chính của HPP là tiêu thụ năng lượng cao. Bản chất sử dụng nhiều năng lượng của quá trình phát sinh từ:
- Điều áp nước (chất lỏng khớp nối): Nước được sử dụng để truyền áp suất đẳng tĩnh cần năng lượng đáng kể để nén và duy trì áp suất mục tiêu.
- Không khí và khí bị mắc kẹt trong chất lỏng khớp nối: Bọt khí trong nước làm giảm hiệu quả truyền áp suất, làm tăng nhu cầu năng lượng. Những bong bóng này nén trong quá trình điều áp, hấp thụ năng lượng có thể được sử dụng để xử lý sản phẩm thực phẩm.
- Khí trong các sản phẩm đóng gói: Không khí hoặc khí bị mắc kẹt trong thực phẩm đóng gói (ví dụ: trong các sản phẩm đóng hộp hoặc bán rắn) cũng góp phần làm mất năng lượng. Việc nén các túi khí bên trong đòi hỏi thêm năng lượng và có thể cản trở sự đồng đều của áp suất.
- Tổn thất năng lượng nhiệt: Mặc dù HPP được coi là một quá trình không nhiệt, nhưng một số năng lượng tiêu tán dưới dạng nhiệt do nén nước và ma sát thiết bị. Điều này làm tăng chi phí vận hành và yêu cầu làm mát.
Tế bào dòng siêu âm để khử khí chất lỏng và thanh trùng thực phẩm.
Tác động của không khí và khí đốt bị mắc kẹt đối với nhu cầu năng lượng HPP
Sự hiện diện của không khí và khí ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả của HPP:
- Giảm hiệu quả truyền áp suất: Nén không khí và khí dễ dàng hơn chất lỏng, có nghĩa là cần thêm năng lượng để đạt được cùng một áp suất trong bình.
- Thời gian xử lý lâu hơn: Không khí và khí bị mắc kẹt làm chậm quá trình ổn định áp suất đẳng áp, kéo dài thời gian chu kỳ.
- Lãng phí năng lượng: Các túi khí nén giải phóng năng lượng khi giảm áp, không thể thu hồi, góp phần làm giảm hiệu quả tổng thể.
Những tác động này đặc biệt rõ rệt khi chế biến các sản phẩm thực phẩm có hàm lượng không khí cao tự nhiên hoặc bao bì giữ khí không gian, chẳng hạn như các mặt hàng đóng hộp hoặc đóng gói chân không.
Các chiến lược để giải quyết các thách thức về năng lượng trong HPP
Nỗ lực cải thiện hiệu quả năng lượng của HPP tập trung vào việc giảm ảnh hưởng của không khí và khí trong hệ thống:
Tiền điều trị – Khử khí siêu âm:
Việc sử dụng siêu âm để loại bỏ không khí và khí hòa tan khỏi chất lỏng khớp nối và các sản phẩm thực phẩm có thể giảm đáng kể lãng phí năng lượng. Siêu âm xâm thực phá vỡ bọt khí một cách hiệu quả, cho phép chúng thoát ra ngoài trước khi điều áp.
Ngoài ra, sản phẩm có thể đông kết sau khi khử khí siêu âm trong chân không, đặc biệt là các mặt hàng đóng hộp hoặc kín.
Giảm oxy hòa tan theo thời gian sử dụng máy siêu âm UP400ST ở biên độ 100%, 80%, 60%, 40% và 20%.
Nghiên cứu: ©Rognerud và cộng sự, 2020.
Sonication như một giải pháp thay thế cho HPP bền vững
Các hệ thống HPP lai kết hợp siêu âm hiệu suất cao với nhiệt độ nhẹ (thermosonication) hoặc với áp suất cao và nhiệt nhẹ (manothermosonication) là những kỹ thuật thay thế đầy hứa hẹn cung cấp khả năng đồng nhất và thanh trùng đáng tin cậy trong điều kiện ôn hòa và tiêu thụ năng lượng thấp. Vì thanh trùng siêu âm là một quy trình nội tuyến, ngay cả khối lượng lớn cũng có thể được xử lý với hiệu quả chi phí cao.
Tìm hiểu thêm về máy siêu âm Hielscher để thanh trùng nội tuyến thực phẩm lỏng!
Mặc dù HPP được sử dụng rộng rãi để chế biến thực phẩm, nhưng bản chất sử dụng nhiều năng lượng của nó, kết hợp với sự kém hiệu quả từ không khí và khí bị mắc kẹt, đặt ra một thách thức nghiêm trọng. Bằng cách tích hợp các chiến lược như khử khí siêu âm, ngành công nghiệp thực phẩm có thể nâng cao tính bền vững và hiệu quả chi phí của HPP.
Hielscher Ultrasonics là đối tác đáng tin cậy cho các giải pháp quy trình trong tối ưu hóa HPP, cung cấp công nghệ siêu âm tiên tiến để cải thiện hiệu quả năng lượng và độ tin cậy của quy trình. Ngoài ra, Hielscher cung cấp các giải pháp sáng tạo để thanh trùng thực phẩm có hỗ trợ siêu âm hiệp đồng, đảm bảo các sản phẩm thực phẩm chất lượng cao và an toàn.
Văn học / Tài liệu tham khảo
- Rognerud, Maren; Solemslie, Bjørn; Islam, Md Hujjatul; Pollet, Bruno (2020): How to Avoid Total Dissolved Gas Supersaturation in Water from Hydropower Plants by Employing Ultrasound. Journal of Physics: Conference Series 2020.
- Oner M.E. (2020): The effect of high pressure processing or thermosonication in combination with nisin on microbial inactivation and quality of green juice. Journal of Food Processing and Preservation 2020; 44:e14830.
- Evelyn, Filipa V.M. Silva (2016): High pressure processing pretreatment enhanced the thermosonication inactivation of Alicyclobacillus acidoterrestris spores in orange juice. Food Control, Volume 62, 2016. 365-372.
- Balakrishna, Akash Kaushal, Md Abdul Wazed, Mohammed Farid (2020): A Review on the Effect of High Pressure Processing (HPP) on Gelatinization and Infusion of Nutrients. Molecules 25 (10), 2020. 2369.
Các câu hỏi thường gặp
Khử khí chất lỏng truyền áp suất là gì?
Khử khí là loại bỏ các khí hòa tan và bị mắc kẹt khỏi chất lỏng được sử dụng trong Xử lý áp suất cao (HPP) để cải thiện hiệu quả năng lượng và độ ổn định của quy trình. Bằng cách loại bỏ khí nén, khử khí làm giảm tổn thất áp suất, tăng cường phân bố áp suất đồng đều và giảm thiểu mài mòn liên quan đến xâm thực trong hệ thống HPP.
Điều trị HPP xử lý áp suất cao là gì?
HPP là một phương pháp bảo quản thực phẩm không nhiệt áp dụng áp suất thủy tĩnh lên đến 600 MPa để bất hoạt vi sinh vật trong khi vẫn duy trì chất lượng cảm giác và dinh dưỡng. Nó kéo dài thời hạn sử dụng, đảm bảo an toàn thực phẩm và giữ lại các hợp chất hoạt tính sinh học mà không cần sử dụng nhiệt, phù hợp với thực phẩm tươi sống và chế biến tối thiểu.
Vấn đề khi sử dụng HPP xử lý áp suất cao là gì?
Những thách thức chính của HPP bao gồm tiêu thụ năng lượng cao, quy trình kém hiệu quả do không khí bị mắc kẹt trong chất lỏng truyền áp suất và chi phí thiết bị cao. Ngoài ra, mặc dù có hiệu quả chống lại hầu hết các mầm bệnh sinh dưỡng, HPP không bất hoạt bào tử vi khuẩn mà không có các rào cản bổ sung như sưởi ấm nhẹ (xử lý nhiệt hỗ trợ áp suất, PATP).
Sự khác biệt giữa Thanh trùng và HPP là gì?
Thanh trùng là một quá trình nhiệt vô hiệu hóa vi sinh vật thông qua nhiệt (thường là 60–85°C), có khả năng làm thay đổi kết cấu thực phẩm và thành phần dinh dưỡng. Ngược lại, HPP là một phương pháp không nhiệt đạt được khả năng bất hoạt vi sinh vật thông qua áp suất, bảo quản hương vị, kết cấu và chất dinh dưỡng ban đầu của thực phẩm đồng thời kéo dài thời hạn sử dụng.
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.